La transferencia de protones de la estructura de nicotina de la fase gaseosa inactiva a la estructura de la fase...

Área de la Ciencia:

• Química computacional es la química computacional.
• Química Física es la química física.
• La dinámica molecular es la dinámica molecular.

Sus antecedentes:

• La nicotina existe en una forma inactiva en la fase gaseosa y una forma bioactiva en solución acuosa.
• La transformación estructural entre estas formas es crucial para su actividad biológica.
• El papel del agua en esta transformación no se entiende completamente a nivel molecular.

Objetivo del estudio:

• Investigar el papel del agua en el cambio estructural de la nicotina de su forma inactiva a la bioactiva.
• Determinar las barreras de energía libre para la tautomerización de transferencia de protones en solución acuosa.
• Para dilucidar el mecanismo de la transferencia de protones mediada por las moléculas de agua.

Principales métodos:

• Optimizaciones geométricas de los complejos de nicotina H (((+) - H (((2) O) (n).
• Simulaciones de dinámica molecular (DM), incluido el DM Car-Parrinello (DMCP) con moléculas de agua explícitas.
• Simulaciones CPMD sesgadas para medir el perfil de energía libre de la transferencia de protones.

Principales resultados:

• Las moléculas de agua forman cadenas puentes entre los sitios de protonación de la nicotina (anillos de piridina y pirrolidina).
• La barrera de energía libre para la transferencia de protones disminuye con el aumento de las moléculas de agua, pero sigue siendo significativa (16 kJ / mol con 4 moléculas de agua) en grupos más pequeños.
• Las simulaciones de CPMD muestran una transferencia de protones extremadamente rápida (dentro de 0,5 ps) en el agua a granel, que ocurre sin una barrera de energía a través de puentes de agua.

Conclusiones:

• El agua juega un papel fundamental para facilitar la tautomerización de la nicotina en solución acuosa.
• La transferencia de protones es un evento raro en pequeños grupos de agua, pero se vuelve fácil en el agua a granel.
• Los puentes de agua son esenciales para el mecanismo de transferencia rápida de protones en la nicotina acuosa.